Die Aufgabe der vorliegenden Arbeit bestand in der Herstellung von Essigsäureethylester und Essigsäurebutylester. Dieser erfolgte zum einen im Labormaßstab an der Technischen Hochschule Georg Agricola in Bochum und zum anderen im Technikumsmaßstab im Chemiepark Marl bei Evonik.
Essigsäurebutylester und Essigsäureethylester sind Produkte, die weltweit benötigt werden. Es sind notwendige Bestandteile in der Lösungsmittelindustrie. Essigsäureethylester wird zusätzlich für die Herstellung von Parfüms und Klebstoffen benötigt. Die Herstellung von beiden Produkten erfolgt durch eine Veresterungsreaktion in einem Batchreaktor. In dem Technikumsversuch wurden die zu erwartenden prozentualen Umsätze ermittelt. Hierbei wurde ein Umsatz bei Essigsäurebutylester von ungefähr 56% und 71% bei Essigsäureethylester erreicht. Zur finanziellen Betrachtung werden die Versuche in der Technikumsanlage zugrunde gelegt.
Neben den eigentlichen Labor- und Technikumsversuchen standen auch die planungstechnischen Aufgaben, sowie die behördlichen Aspekte, im Fokus.
Die Planung umfasst eine Patentrecherche sowie die theoretische Betrachtung aller verwendeten Geräte und Verfahren. Des Weiteren wurde mithilfe des Programmes Chemcad die Herstellung von Essigsäureethylester simuliert.
Inhaltsverzeichnis
I. Abbildungsverzeichnis
II. Tabellenverzeichnis
III. Abkürzungsverzeichnis
IV. Gleichungsverzeichnis
1 Einleitung und Aufgabenstellung
2 Patentrecherche
3 Anlagenplanung
3.1 Realisierung und Planung einer verfahrenstechnischen Anlage
4 Standortfindung
4.1 Standort Deutschland
4.1.1 Allgemeiner Überblick
4.1.2 Genauere Standortbetrachtung innerhalb Deutschlands
4.1.3 Standortvergleich auf europäischer Ebene
4.1.4 Zusammenfassung
5 Behördliche und rechtliche Aspekte
5.1 Wasserhaushaltsgesetz WHG
5.2 Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdeten Stoffen - AwSV
5.3 Produktsicherheitsgesetz (ProdSG)
5.4 Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG)
5.5 Immissionsschutzrechtliches Genehmigungsverfahren
5.6 Sicherheit von Anlagen
6 Arbeitsschutz
6.1 Europäisches Arbeitsschutzrecht
6.2 Deutsches Arbeitsschutzrecht
6.2.1 Arbeitsschutzgesetz - ArbSchG
6.2.2 Arbeitssicherheitsgesetz - ASiG
6.2.3 Chemikaliengesetz - ChemG
6.3 Verordnungen und Technische Regeln, Richtlinien
6.3.1 Arbeitsstättenverordnung
6.3.2 Gefahrstoffverordnung
6.3.3 Technisches Regelwerk
6.3.4 Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung – DGUV
6.3.5 Normen
6.3.6 VDI Richtlinien
6.3.7 Veröffentlichungen des Länderausschusses für Arbeitsschutz und Sicherheitstechnik (LASI)
7 Gefahren im Betrieb
7.1 Abgrenzung Gefahr und Gefährdung
8 Explosionsschutz-Konzept
8.1.1 Grundlegende Zündquellenbewertung
8.1.2 Schutzmaßnahmen durch Prozessleittechnik
8.1.3 Organisatorische Maßnahmen
8.1.4 Inspektions-, Wartungs-, Montage- und Reparaturarbeiten
9 Gefährdungsbeurteilung
9.1 Ziel einer Gefährdungsbeurteilung
9.2 Gesetzmäßigkeiten und Rechtsgrundlagen für eine Gefährdungsbeurteilung
9.3 Prüfzeitraum und Beispiele für die Erstellung einer Gefährdungsbeurteilung
9.3.1 Beispiele für die Erstellung einer Gefährdungsbeurteilung
9.3.2 Prüfzeitraum einer Gefährdungsbeurteilung
9.4 Hilfestellungen bei der Durchführung von Gefährdungsbeurteilung
9.4.1 Ablauf der Gefährdungsbeurteilung nach TRGS
9.4.2 STOP-Prinzip
9.5 Durchführung der Gefährdungsbeurteilung
9.5.1 Erfassung der Betriebsorganisation
9.5.2 Erfassen der Tätigkeiten
9.5.3 Ermitteln der möglichen Gefährdungen und Belastungen
9.5.4 Beurteilen der Risiken
9.5.5 Festlegen von Schutzzielen und Maßnahmen
9.5.6 Realisieren der Maßnahmen, Analyse und Wirksamkeitskontrolle
10 Betriebsanweisungen
10.1 Gültigkeit, Schulung und Bereitstellung von Betriebsanweisungen
10.2 Betriebsanweisungen nach §
11 Qualitätsmanagement
11.1 Qualitätsmanagementsystem
12 Analytik im Labor
12.1 Gaschromatographie
12.2 Durchführung
12.2.1 Gaschromatographie
12.3 Auswertung
12.3.1 Umsatz
12.3.2 Massenspektroskopie
13 Durchführung der Reaktion und Aufzeichnung der Sicherheitsrelevanten Aspekte
13.1 Stoffdaten der Edukte, Katalysatoren und Produkte der Kristallisation
13.1.1 Edukte
13.1.2 Produkte
13.1.3 Katalysatoren und Stoffe zur Trocknung
13.2 Theoretische Grundlagen
13.2.1 Chemische Reaktionen
13.2.2 Kinetik
13.2.3 Sicherheitstechnische Grundlagen
13.3 Chemische Grundlagen
13.3.1 Reaktionsweg
13.4 Versuche
13.4.1 Berechnungen der Mengen
13.4.2 Geräteliste
13.4.3 Durchführung
13.5 Auswertung
13.5.1 Kinetik
13.5.2 Sicherheitstechnische Aspekte
13.5.3 Umsatz
14 Analytik im Technikum
14.1 Einleitung
14.2 Allgemeine Grundlagen
14.2.2 Titrationsreaktionen
14.2.3 Endpunktbestimmung
14.3 Eigene Messungen
14.3.1 Vorbereitung
14.3.2 Durchführung
14.3.3 Ergebnisse und Diskussion
15 Verfahrensfließbild
16 Apparateliste und Aufstellungsplan
17 Inbetriebnahme eines Batchreaktors zur Datenerfassung für die anschließende Auslegung eines Produktionsbetriebs
17.1 Theoretische Grundlagen
17.2 Grundlagen der Reaktionstechnik
17.3 Diskontinuierlich betriebener Rührkessel
17.4 Anlagenbeschreibung
17.5 Versuchsdurchführung
17.6 Berechnung der theoretischen Ausbeute
18 Dampf und Energieversorgung
18.1 Wärmetransport
18.1.1 Wärmeleitung
18.1.2 Konvektion
18.1.3 Strahlung
18.2 Wärmeübertrager
18.2.1 Verschiedene Bauarten von indirekten Wärmeübertrager
18.3 Aufheizen und Kühlen
18.3.1 Berechnung der benötigten Wärmemenge zum Heizen des Thermalöls
18.3.2 Berechnung des elektrischen Stroms
18.3.3 Berechnung der benötigten Wassermenge zum Kühlen
19 Kostenschätzung
19.1.1 Kosten für die Technikumsanlage
19.1.2 Kosten für die durchgeführten Versuche im Technikum
20 Simulation mittels Chem-CAD
20.1 Theoretische Grundlagen
20.1.1 Simulationssoftware
20.1.2 Kontinuierlicher Prozess/ Vergleich konti-, diskontinuierlicher Prozess
20.1.3 Diskontinuierlicher Rührkessel (Batchreaktor)
20.1.4 Kontinuierlicher Rührkessel (Continuous stirred tank reactor CSTR)
20.1.5 Folgereaktion
20.2 Reaktion 1. Ordnung
20.3 Simulation
20.3.1 Simulation der Aufgabenstellung
20.3.2 Veränderung des Volumenstroms und somit der hydrodynamischen Verweilzeit
20.3.3 Veränderung der Geschwindigkeitskonstanten
20.3.4 Fall 1 k1 >> k
20.3.5 Fall 2 k2 >> k
20.3.6 Zusammenfassung und Auswertung der Ergebnisse Teil 2 à Geschwindigkeitskonstanten
21 Scale Up
22 Executive Summary
Anhang
Literaturverzeichnis
I. Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Ester im Alltag
Abbildung 2: Ablaufschema eines Genehmigungsverfahren
Abbildung 3: Ablaufschema einer Änderungsgenehmigung
Abbildung 4: Übersicht der Gesetze, technische Regeln und Verordnungen zur Sicherheit von Chemieanlagen
Abbildung 5 Pyramide des deutschen Arbeitsschutzrechtes
Abbildung 6:Prozess der Gefährdungsbeurteilung im Arbeitsschutz
Abbildung 8: Vorschlag zur Vorgehensweise für eine Gefährdungsbeurteilung mit Gefahrstoffen nach TRGS
Abbildung 10: Aufstellung der Arbeitsmittel (Gefährdungsbeurteilung Projektarbeit)
Abbildung 11: Ex-Schutz-Prüfung der Arbeitsmittel (Gefährdungsbeurteilung Projektarbeit)
Abbildung 12: Ermittlung der Gefahrstoffe (Teil 1) (Gefährdungsbeurteilung Projektarbeit)
Abbildung 13: Ermittlung der Gefahrstoffe Teil 2 (Gefährdungsbeurteilung Projektarbeit)
Abbildung 15: Anforderungen an die Beschaffenheit der Arbeitsmittel (Gefährdungsbeurteilung Projektarbeit)
Abbildung 16: Freigabe der Arbeitsmittel vor Inbetriebnahme (Gefährdungsbeurteilung Projektarbeit)
Abbildung 17: Wiederkehrende Prüfungen (Gefährdungsbeurteilung Projektarbeit)
Abbildung 18: Maßnahmen & PSA (Gefährdungsbeurteilung Projektarbeit)
Abbildung 19: Maßnahmen & PSA (Gefährdungsbeurteilung Projektarbeit)
Abbildung 20: Anhänge (Gefährdungsbeurteilung Projektarbeit)
Abbildung 21: Entsorgung der verwendeten Stoffe (Gefährdungsbeurteilung Projektarbeit)
Abbildung 24 Beispielhafte Regelkarte
Abbildung 25 Chromatogramm mit Temperaturgradienten
Abbildung 26 Schema eines Gaschromatographen
Abbildung 27 Sekundärelektronenvervielfältiger
Abbildung 28 Fronting und Tailing
Abbildung 29 Massenspektrum 1-Butanol
Abbildung 30 Massenspektrum Essigsäurebutylester
Abbildung 31 Potentielle Energie zur Reaktionskoordinate einer exothermen Reaktion
Abbildung 32 Potenzielle Energie zur Reaktionskoordinate einer endothermen Reaktion
Abbildung 33 Verteilung der Teilchengeschwindigkeit in Abhängigkeit der Temperatur
Abbildung 34 Abhängigkeit der Onset Temperatur
Abbildung 35 Vergleich der Wärmeentwicklung einer autokatalytischen Reaktion (b) mit Glockenkurvenverlauf und einer Reaktion n-ter Ordnung (a)
Abbildung 36 Kühlpannenszenario
Abbildung 37 Die fünf Kritikalklassen nach Stoessel
Abbildung 38 Risikomatrix nach TMRad
Abbildung 39 Essigsäureethylester
Abbildung 40 Essigsäurebutylester
Abbildung 41 Allgemeine Strukturformel Carbonsäureester
Abbildung 42 Reaktionsmecahnismus von Veresterungen
Abbildung 43 Abbildung entnommen aus Verlauf der Reaktionsgeschwindigkeit im Verhältnis zum Einsatz eines Katalysators einer Gleichgewichtsreaktion
Abbildung 44 Reaktionsgeschwindigkeit
Abbildung 46 Differenzkalorimetrie von wasserfreiem Monoethanolamin
Abbildung 47 Auflistung verschiedener Indikatoren und deren Farbumschlag
Abbildung 48: Schematischer Aufbau bei der Photometrie
Abbildung 49 Beispielhafter Kurvenverlauf der einer konduktometrischen Titration
Abbildung 50 Schematischer Aufbau der Analysestation entnommen aus
Abbildung 51 Darstellung einer Kolbenhubpipette
Abbildung 52 Säure-Base Titration mit dem Indikator Phenolphtalein kurz vor dem Endpunkt (A) und am Endpunkt (B)
Abbildung 53 Verlauf des Umsatzes bei der Herstellung von Essigsäurebutylester
Abbildung 54 Verlauf des Umsatzes bei der Herstellung von Essigsäureethylester
Abbildung 55: Aufstellungsplan
Abbildung 56 Der Chemiereaktor im Produktionsprozess
Abbildung 57: Schematische Darstellung eines Batchreaktors
Abbildung 58: Produktionszyklus im diskontinuierlichen Betrieb
Abbildung 59: Diskontinuierlich betriebener, Idealer Rührkessel
Abbildung 60: Konzentrations-Zeit-Verlauf disk. Reaktor
Abbildung 61 Umsatz zur Reaktionszeit
Abbildung 62: Technikumsapparatur
Abbildung 63: Syntheseroute Ethylacetat
Abbildung 64: Syntheseroute Butylacetat
Abbildung 65 Die verschiedenen Verfahren einen Wärmeüberträger zu befahren
Abbildung 66 Rohrbündel-Wärmeübertrager mit zwei festen Rohrböden
Abbildung 67 Rohrbündel-Wärmeübertrager mit U-Rohren
Abbildung 68 Rohrschlangen-Wärmeübertrager
Abbildung 69 Doppelrohr-Wärmeübertrager
Abbildung 70 Spiral-Wärmeübertrager
Abbildung 71 Plattenwärmeübertrager
Abbildung 72 Kühl- und Heizkreislauf
Abbildung 73 Wärmedurchgang durch eine Wand
Abbildung 74 Richtwerte für Wärmeübergangskoeffizienten α
Abbildung 75 Dichte und spezifische Wärmekapazität von Thermalöl in Abhängigkeit von der Temperatur
Abbildung 76 Stoffdaten Marlotherm
Abbildung 77 diskontinuierlich betriebener Rührkessel
Abbildung 78 kontinuierlich betriebener Rührkessel
Abbildung 79 Ausgangsgleichung für den in stationären Zustand
Abbildung 80 Ausgangsgleichung für den stationären Zustand
Abbildung 80 Konzentrationsabhängigkeit aller an der Reaktion beteiligten Stoffe von der Zeit
Abbildung 81 Fall
Abbildung 82 Fall
Abbildung 83 Fall
Abbildung 84 Fall
Abbildung 85 Break Even Analyse Essigsäureethylester
Abbildung 86 Break Even Analyse Essigsäurebutylester
Anmerkung der Redaktion: Einige Abbildungen wurden aus urheberrechtlichen Gründen entfernt.
II. Tabellenverzeichnis
Tabelle 2: Wassergefährdungsklassen und ihre Bedeutung
Tabelle 3: Erklärung der Gefahrenshinweise (H-Sätze) am Beispiel H
Tabelle 4: Erklärung der Sicherheitshinweise (P-Sätze) am Beispiel P
Tabelle 5: Gefahrenpiktogramme und ihre Bezeichnung und Kodierung
Tabelle 6: Übersicht der in Deutschland aufgestellten Technischen Regelwerke
Tabelle 7: Zusammenhang zwischen Temperaturklasse und Zündtemperatur
Tabelle 8: Sicherheitstechnische Stoffdaten
Tabelle 9: Relevante und nicht relevante Zündarten
Tabelle 10: Leitfähigkeiten der Flüssigkeiten
Tabelle 11: Stoffdaten der Edukte
Tabelle 12: Stoffdaten der Produkte
Tabelle 13: Stoffdaten des Katalysators und der Chemikalien zur Aufbereitung
Tabelle 14: verschiedene Reaktionsordnungen
Tabelle 15: Vor- und Nachteile manueller und automatischer Titration
Tabelle 16: Berechnung des theoretischen Verbrauches an Maßlösung bei 65% Umsatz
Tabelle 17: Berechnung der Startkonzentration der Essigsäure bei der Herstellung von Essigsäurebutylester
Tabelle 18: Berechnung der Startkonzentration der Essigsäure bei der Herstellung von Essigsäureethylester
Tabelle 19: Ergebnisse der Titration und errechneter Umsatz bei der Herstellung von Essigsäurebutylester
Tabelle 20: Ergebnisse der Titration und errechneter Umsatz bei der Herstellung von Essigsäureethylester
Tabelle 21: Apparateliste
Tabelle 22: Eduktmengen Ethylacetat
Tabelle 23: Eduktmengen Butylacetat
Tabelle 24:Berechnung theoretischer Ausbeute Ethylacetat
Tabelle 25:Berechnung theoretischer Ausbeute Butylacetat
Tabelle 26: Daten LAUDA Wärmeübertragungsanlage
Tabelle 27: Daten Wärmekreislauf der LAUDA Wärmeübertragungsanlage
Tabelle 28: cp-Werte
Tabelle 29: Stoffdaten bei einem Reaktionsumsatz der Herstellung von Essigsäureethylester von 100 %
Tabelle 30: Stoffdaten bei einem Reaktionsumsatz der Herstellung von Essigsäurebutylester von 100 %
Tabelle 31: Wärmemenge bei unterschiedlichen Umsätzen
Tabelle 32: Übersicht Ergebnisse Wärmemenge
Tabelle 33: Übersicht der Ergebnisse
Tabelle 34: Wärmemengen bei verschiedenen Umsätzen der Essigsäurebutylester Herstellung
Tabelle 35: Kostenschätzung Technikum
Tabelle 36: Kosten für den Bau der Anlage
Tabelle 37: Kosten für Energie, Personal, Miete und sonstiges
Tabelle 38: Kosten für Edukte, Versuch Essigsäurebutylester
Tabelle 39: Kosten für Edukte, Versuch: Essigsäureethylester
Tabelle 40: Variable Gesamtkosten
Tabelle 41: Zusammenfassung der Ergebnisse
Tabelle 42: Zusammenfassung der Ergebnisse
Tabelle 43: Aufstellung verschiedener dimensionsloser Kennzahlen
Tabelle 44: Dimension der SI-Basiseinheiten
Tabelle 45: Beispielhafte Darstellung einer Einheitsmatrix und die Beziehung der Größen
III. Abkürzungsverzeichnis
Großgeschriebene Kurzzeichen
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abkürzungungen Gesetze:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
IV. Gleichungsverzeichnis
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1 Einleitung und Aufgabenstellung
Ester entstehen bei der Reaktion eines Alkoholes und einer Säure unter Abspaltung von Wasser. Die Bezeichnung Ester wurde durch den deutschen Chemiker Gmelin im Jahre 1850 aus dem Wort „Essigäther“ geprägt(Seilnacht, https://seilnacht.com, 2020). Die Ester-Reaktion, auch Veresterung genannt, ist einer Gleichgewichtsreaktion mit geringer Reaktionsgeschwindigkeit. Zur Beschleunigung können starke Säuren, wie z.B. konzentrierte Schwefelsäure, als Katalysator eingesetzt werden. Die Rückreaktion der Veresterung, also die Spaltung eines Esters mithilfe von Wasser oder Laugen, wird als Verseifung bezeichnet(abiweb, kein Datum).
Viele Ester kommen natürlich in Früchten vor und sind für den Geschmack der Früchte verantwortlich. Künstlich hergestellte Ester werden oft als Duft- oder Aromastoffe verwendet InAbbildung 1werden einige Beispiele von Estern im Alltag dargestellt.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung1: Ester im Alltag
Durch den vielfältigen Einsatz hat die Herstellung verschiedener Ester eine große Bedeutung.
Die Aufgabe der vorliegenden Arbeit bestand in der Herstellung von Essigsäureethylester und Essigsäurebutylester. Dieser erfolgte zum einen im Labormaßstab an der Technischen Hochschule Georg Agricola in Bochum und zum anderen im Technikumsmaßstab im Chemiepark Marl bei Evonik.
Neben den eigentlichen Labor- und Technikumsversuchen standen auch die planungstechnischen Aufgaben, sowie die behördlichen Aspekte, im Fokus.
Die Planung umfasst eine Patentrecherche sowie die theoretische Betrachtung aller verwendeten Geräte und Verfahren. Des Weiteren wurde mithilfe des Programmes Chemcad die Herstellung von Essigsäureethylester simuliert.
Die behördlichen Aspekte sind weitere wesentliche Bestandteile zum Betreiben einer Anlage. Hierzu gehören neben den dazugehörigen Gesetzen und Richtlinien auch der Arbeitsschutz und die Abschätzung von Gefahrenpotentialen.
2 Patentrecherche
Zur Prüfung vorhandener Patente zur Herstellung von Essigsäurebutylester und Essigsäureethylester wurden verschiedene Datenbanken verwendet. Für Essigsäurebutylester sind bei der online Patentplattform für chemisches Reaktionen „PubChem“ 624 Patente gelistet. Bei der Prüfung einiger Patente wurden Patente gefunden, die durch Extraktivdestillation eine Optimierung der Reinheit des Produktes anstreben. Des Weiteren sind Patente für die Herstellung von tertiären Butylester gelistet. Es wurde kein Patent gefunden, welches sich direkt auf die Herstellung bezieht und mit der hier praktizierten Syntheseroute im Konflikt stehen würde. Für die Herstellung von Essigsäureethylester wurden 1.524 Patente gelistet. Davon beziehen sich diverse auf die Optimierung der Reaktion oder spezielle Katalysatoren & Synthesearten. Für die hier verwendete Synthese selber liegt kein Patent vor.1 Eine weitere Untersuchung von Patenten der beiden Reaktionen erfolgte über die online Plattform des Europäischen Patentregisters (Nur europäische Patente). Das Schlagwort Essigsäureethylester ergab sechs Treffer. Dabei beziehen sich fünf auf die Herstellung von Essigsäureethylester. Wiederum drei davon sind Verfahren, in denen Essigsäureethylester in einem Kombinationsverfahren mit anderen Komponenten gewonnen wird. Diese sind für die Patentbetrachtung der hier vorliegenden Reaktion nicht relevant. Bei einem der beiden weiteren Patente wird ein geträgerter Bimetallkatalysator verwendet und entspricht somit ebenfalls nicht der vorliegenden Reaktion. Das letzte Patent ist allgemein formuliert und mit „Verfahren zur Herstellung von Essigsäureethylester“ betitelt. Dieses Patent bezieht sich allerdings auf ein anderes Patent von BP, das sich auf ein Verfahren zur Synthese von Estern durch Umsetzung eines Olefins mit einer niederen Carbonsäure in Gegenwart eines sauren Katalysators bezieht. Weiterführend wird sich hierbei auf einen heteropolysäure Katalysator fokussiert und Versuche mit einer bestimmten Apparatur näher beschrieben. Somit liegt keine Patentverletzung für den hier vorliegenden Herstellungsprozess vor.2 3 Sowohl im europäischen Patentregister, als auch im DPMA Register (Deutsches Patent- und Markenamt Register) liegen keine Dokumente für die Herstellung von Essigsäurebutylester vor. Für die Reaktion von Essigsäureethylester ergeben sich die gleichen Patente, wie bei der Recherche bei dem europäischen Patentamt.
Weitere Recherchen wurden auf weltweiter Ebene mit Hilfe des online Portals „espacenet“ des europäischen Parlaments durchgeführt. Dort sind über 80 Millionen Patente aus der gesamten Welt gelistet. Für die Suche nach Essigsäureethylester (bzw. ethyl acetate) wurden 1.543.856 Treffer erzielt. Nach stichprobenartiger Recherche der Ergebnisse, konnte kein Patent ermittelt werden, welches die Umsetzung der hier vorliegenden Reaktion beeinflussen würde. Ein Großteil der Patente betrifft die Optimierung des Prozesses durch Veränderungen des Katalysators oder die Herstellung in Zusammenhang mit anderen Reaktionen.4 Eine Suche nach Essigsäurebutylester ergab 1.519 Treffer, jedoch bezieht sich keines der Patente direkt auf eine Herstellung des Essigsäurebutylester. Die Suche mit dem englischen Begriff " acetic acid butyl ester“ ergab 425.889 Treffer, jedoch werden auch hier Patente gelistet, die das Produkt in Reaktionen verwenden oder die Reaktion modifizieren und so optimieren. Also liegt auch hier kein Patentmissbrauch bei der Umsetzung des geplanten Produktionsprozesses vor.5
Aufgrund keiner vorliegenden Neuerfindung bei beiden Reaktionen wird hier keine Patenanmeldung angestrebt.
3 Anlagenplanung
3.1 Realisierung und Planung einer verfahrenstechnischen Anlage
Der erste Schritt zur Planung und Realisierung einer verfahrenstechnischen Anlage ist die Definition der Aufgabe und die Festlegung des Verfahrenskonzeptes. Des Weiteren sollte eine Projektplanung stattfinden und eine Verfahrensbeschreibung erstellt werden.6
Diese beinhaltet z.B. die Art und die erforderliche Behandlung der eingesetzten Stoffe und der gewünschten Produkte. Zudem ist die Auswahl und die Beschreibung des Verfahrens, die Festlegung der Betriebsbedingungen (z.B. Druck, Temperatur, pH-Wert, etc.), sowie die Festlegung der Anlagenkapazität und der damit verbundenen Mengenströme erforderlich. Außerdem sollte für die Realisierung und Planung einer verfahrenstechnischen Anlage eine Stoffstromliste erstellt werden und Energiebilanzen aufgestellt werden.
Die Werkstoff Vorauswahl ist in Bezug auf die Einsatzstoffe, Zwischenprodukte, Hilfsstoffe, Produkte und Betriebsbedingungen abzustimmen.
Des Weiteren ist eine Abschätzung von eventuell anfallenden Emissionen und Abfall zwingend notwendig. Die daraus resultierenden Maßnahmen bzgl. des Umwelt- und Arbeitsschutzes sollten von vornerein beachtet werden. Des Weiteren müssen eventuell Genehmigungen eingeholt werden. Aufgrund dessen sollte ein Hilfsmedien- und Energieversorgungskonzept, sowie ein Entsorgungskonzept erstellt werden. Zudem sollte eine Risikoabschätzung der Anlage erstellt werden.
Parallel dazu ist eine Normen- und Literaturrecherche (siehe Kapitel3) und eine Recherche der gesetzlichen und behördlichen Rahmenbedingungen (siehe Kapitel14) erforderlich. Die Literaturrecherche in Datenbanken und Bibliotheken, z.B. bzgl. der Eigenschaften der Stoffe, zu beachtenden Normen (z.B. DIN-Sicherheitsblätter) und Vorschriften (Regelwerke, z.B. Betriebssicherheitsverordnung), vorliegende Erfahrungen (z.B. in Dokumentationen wie Versuchsberichten, Entwicklungs- und Forschungsarbeiten und Studien) ist Voraussetzung für die Realisierung und Planung einer verfahrenstechnischen Anlage.
Für einen groben Überblick der Anlage sollte ein Grundfließschema (DIN EN ISO 10628) erstellt werden. In dem Grundfließschema sind technische Kommunikationen der wesentlichen Anlagenteile dargestellt, sowie Verfahrensschritte, Grundoperationen und die Logistik der Stoffströme.
Das Verfahrensfließschema (DIN EN ISO 10628) ist die Fortführung des Grundfließschema. In einem Verfahrensfließschema sind die wichtigsten Apparate und Maschinen mit genormten grafischen Symbolen dargestellt (siehe Kapitel15).
Parallel zur Erstellung des Verfahrensfließschemas sollte ein Aufstellungskonzept und ein Apparateaufstellplan (siehe Kapitel16) auf Basis der Raum- und Hallenpläne und Grundrisse, sowie der Versorgungseinrichtungen für Energien, Wasser (siehe Kapitel18) usw. erstellt werden. Zudem sollten für den Bau einer Anlage auch Kriterien die in den Hochbau/ Tiefbau fallen, wie z.B. die Kanalisation oder eine statische Prüfung (zulässige Deckenbelastungen), überprüft werden.
Darüber hinaus ist ein weiterer Schritt für die Realisierung und Planung einer Anlage, die Auslegung und Dimensionierung der Anlagenteile, sowie die Erstellung eines/r Rohrleitungsplanes/ Rohrleitungsisometrie und Rohrleitungs- bzw. Teilelisten.
Die Auslegung und Dimensionierung der Anlageteile beruht z.B. auf der Spezifikation der Medien, der Ermittlung der Stoffdaten, Prozessparameter und der sicherheitstechnischen Kenngrößen (siehe Kapitel13).
Weitere Einflussgrößen zur Auslegung der Anlagenteile sind z.B. die Berechnung von Druckverlusten in den Rohrleitungen, von Wärmeübertragungsflächen, Wärmedehnungen, erforderliche Wanddicken und Pumpenleistungen usw. (siehe Kapitel18).
Mithilfe dieser Informationen können eine Werkstoffauswahl und ein Werkstoffkonzept erfolgen, sowie die Spezifikation der Maschinen, Apparate, Rohrleitungen und Armaturen. Des Weiteren kann die Festlegung von Rohrklassen stattfinden.7
Wandungen der Behälter, Apparate, Rohrleitungen und Armaturen müssen so ausgelegt werden, dass diese beständig gegenüber den eingeschlossenen Medien sind und einen sicheren Einschluss der Stoffe und den Belastungen aus dem bestimmungsgemäßen Betrieb standhalten. Des Weiteren müssen Sicherheitszuschläge bei den Wanddicken einberechnet werden, um zusätzlichen Belastungen aus möglichen Störungsfällen standhalten zu können. Unter einem Störfall wird z.B. eine erhöhte Temperatur bei einem Versagen von Kühleinrichtungen oder entstehende Überdrücke resultierend durch das Pumpen gegen geschlossene Leitungen, verstanden. Des Weiteren ist auf die langfristigen Einwirkungen auf die Behälter, Rohrleitungen und Apparate durch Korrosion, Abrasion oder Werkstoff Versprödung durch Alterung zu achten. Diese Einflüsse müssen mithilfe einen zusätzlichen Sicherheitszuschlag abgedeckt werden.8
Auf Basis dieser Informationen wird ein R + I Fließschema (DIN EN ISO 10628 und DIN EN 62424) erstellt. Dieses R + I Fließbild beinhaltet die Darstellung aller Maschinen und Apparate im Detail, aller Armaturen und Rohrleitungen, sowie aller MSR-Einrichtungen mit genormten grafischen Symbolen. Des Weiteren kann eventuell eine dreidimensionale Anlagenvisualisierung stattfinden, sowie Funktionspläne für die E-Technik und Prozessleittechnik (z.B. Grafet nach DIN EN 60848) erstellt werden. Die Erstellung von Datenblätter für Anlagenteile, Stellenpläne MSR-Stellenblätter und Stellenfunktionspläne sind ein weiterer Schritt in der Anlagenplanung.
Mithilfe des R + I Fließbildes kann ein Montageplan erstellt werden. Dieser beinhaltet z.B. Material- und Gerätelisten, Anordnungs- und Verdrahtungspläne, Aufstellungs- und Installationspläne. Parallel zur Erstellung der Montagepläne sollten Angebote bei unterschiedlichen Firmen eingeholt werden, diese Angebote geprüft und eine Kostenrechnung erfolgen. Folgend können die Auftragsvergabe und Bestellung und Beschaffung der z.B. Apparate, Rohrleitungen und Armaturen erfolgen.
Zeitgleich kann die Montage und Fertigung erfolgen und ein Inbetriebnahme- sowie Reinigungsplan erstellt werden. Darauffolgend können eine Inbetriebnahme und Funktionsprüfung der Anlagenteile erfolgen. Unterstützt sollte die Inbetriebnahme und Funktionsprüfung durch Betriebsanleitungen und Betriebsanweisungen (siehe10.2) und Betriebshandbuch. Der letzte Schritt zur Realisierung und Planung einer verfahrenstechnischen Anlage ist die Abnahme und die Betriebsgenehmigung (siehe Anhang).
Bei Großanlagen müssen zusätzliche Planungsparameter wie z.B. Verkehrspläne, Standortbedingungen (siehe Kapitel4), Infrastruktur und Logistik des Standorts, Bodengutachten und Machbarkeitsstudien beachtet werden.9
Bevor eine Anlage gebaut wird, wird im Normalfall ein Scale Up (siehe Kapitel21) durchgeführt. Unter diesem Begriff wird das Übertragen der Abmessungen von einer Labor- oder Technikumsanlage in eine großtechnische Chemieanlage verstanden.
Für den Bau und Betrieb einer Anlage sind neben den Gesetzen zum Arbeitsschutz (siehe Kapitel6) mehrere behördliche und rechtliche Aspekte (siehe5) zu beachten. Unter anderem ist bei der Planung von internationalen Anlagen auf die Gesetze der einzelnen Länder Rücksicht zu nehmen und in die Planung einzubinden. Des Weiteren gibt es eine Vielzahl von Gesetzmäßigkeiten, die in Deutschland berücksichtigt werden müssen
4 Standortfindung
Im Folgenden werden optimale Standorte ermittelt, um das Produkt möglichst effektiv und schnell zu vermarkten. Dazu werden unter anderem die logistische Anbindung, durchschnittlichen Grundstückskosten und mögliche Großabnehmer in unmittelbarer Nähe betrachtet. Außerdem wird Deutschland als Standort für ein Chemieunternehmen näher untersucht und abschließend ein Vergleich zu anderen europäischen Ländern auf Basis von Einkommensverhältnissen und Ausgaben angestellt.
4.1 Standort Deutschland
4.1.1 Allgemeiner Überblick
In Deutschland ist die chemisch-pharmazeutische Industrie einer der größten Industriezweige und erwirtschaftete 2018 10% der Gesamtumsätze Deutschlands und beschäftigte 7% aller Mitarbeiter in Deutschland. Durch diesen großen Anteil der Industrie an der deutschen Wirtschaft ergibt sich, dass sich ca. 20.000 Menschen in Chemie- und Pharmaunternehmen ausbilden lassen und rund 462.000 Menschen in der Chemieindustrie tätig sind.10 Dadurch entsteht ein hoher Fachkräfteanteil in der Chemieindustrie, durch den großen Anteil von Chemie- und Pharmaunternehmen allerdings auch ein höherer Konkurrenzkampf um die Facharbeiter. Ein weiteres Problem innerhalb Deutschlands ist der demografische Wandel. Ein höherer Anteil an älteren Menschen gegenüber jüngeren Menschen kann langfristig, ohne geeignete Gegenmaßnahmen, zu personellen Engpässen führen. So waren 2007 13,7% in der Chemieindustrie älter als 55 Jahre und im Jahr 2016 20,5%.11 Um künftige Personalengpässe zu vermeiden ist eine hohe Investition nötig, damit junge Menschen zu Fachkräften ausgebildet und in den Unternehmen gehalten werden können. Fachkräfte sind in der Chemieindustrie zwingend erforderlich. Unqualifiziertes Personal hat nur einen geringen Einsatzbereich und ist in Deutschland lediglich mit einem Anteil von 10% vertreten.12 Deutschland ist des Weiteren das europäische Land, das mit 9,2 Milliarden Euro im Jahr 2018 am Meisten in Forschung und Entwicklung neuer Produkte investiert hat. Dies entspricht einem Anteil von 7,3% in 2018 innerhalb der Europäischen Union. Im Vergleich dazu steht Frankreich an dritter Stelle mit einem Anteil von 4,5%.13 Durch die Entwicklung und Forschung neuer Produkte entsteht auch ein größerer Bedarf an Ausgangschemikalien, falls die neu entwickelten Produkte in Großherstellung gehen. Dies würde konkret bedeuten, dass die Wahrscheinlichkeit eines größer werdenden Absatzmarktes oder Bedarfes des produzierten Essigsäureethylesters und Essigsäurebutylester ansteigt. Ein negativer Effekt durch die Substitution dieses Ausgangsproduktes durch andere Chemikalien ist ebenfalls möglich.
Eine weitere Herausforderung bei der Gründung eines Unternehmens innerhalb Deutschlands ergibt sich aus dem bereits großen Anteil von Pharma- und Chemieunternehmen. Durch eine hohe Dichte an Unternehmen muss der Bedarf an dem Ausgangsprodukt geklärt werden. Eine geringere Nachfrage innerhalb Deutschlands würde es erschweren sich gegen die etablierte Konkurrenz durchzusetzen. Es sei denn, der Bedarf an dem Produkt ist auf dem internationalen Markt sehr hoch und breit verteilt. So würde sich ein Exporthandel anbieten, wobei dann die Frage betrachtet werden muss, ob es sinnvoller ist in anderen Ländern zu produzieren und auch von dort aus zu exportieren. Die Chemiebranche ist bereits eine Branche in der 60% des Umsatzes im Ausland erzielt werden. Dies geschieht durch Tochterunternehmen oder weitere Standorte, die eine Produktion günstiger gestalten oder einfacher neue Absatzmärkte erschließen können. Zur Anwendung und Diversifizierung auf verschiedenen Märkten ist aber ein hohes Kapitalinvestment notwendig, weshalb dies nicht für die Gründungsphase des Unternehmens geeignet ist, solange es keinen entsprechend großen Investor gibt. Weitere Herausforderung bei einem Standort in Deutschland sind die strengen gesetzlichen Anforderungen, die eingehalten werden müssen. So müssen sehr hohe Sicherheitsstandards und entsprechende Maßnahmen zur Vermeidung von Luftverunreinigungen gemäß des Bundesemmissionsschutzgesetzes berücksichtigt werden. Nähere Beschreibungen der gesetzlichen Regularien sind in Kapitel 14 zu finden. Maßnahmen bezüglich des Schutzes der Umwelt steigern die Kosten aufgrund von Genehmigungen die erarbeitet und bezahlt werden müssen. In anderen Ländern gelten gegebenenfalls geringere Auflagen, wodurch der Bau und Betrieb einer Produktionsanlage erleichtert wird. Außerdem muss die Firmenpolitik berücksichtigt werden. Zum Beispiel, ob ein entsprechend laissez-fairer Umgang mit Umweltauflagen geduldet werden kann, da in der sich weiter globalisierenden Welt die Nachfrage nach umweltfreundlichen Produkten steigt. Dies zeigt auch eine Statistik des Umweltbundesamtes in der dargelegt ist, dass sich seit 2012 der Marktanteil an Produkten mit staatlichen Umweltzeichen um ungefähr 5% gestiegen ist (im Vergleich mit dem Jahr 2017). Ebenso ist der Umsatz ausgewählter „grüner“ Produkte von 2011 bis 2017 konstant gestiegen.14
Vorteile für die Gründung in Deutschland sind die verhältnismäßig sichere politische und soziale Situation. Des Weiteren existieren Förderprogramme, die z.B. für die Gründung neuer Unternehmen oder Emissionssparmaßnahmen beantragt werden können. Weitere Faktoren, die in Deutschland positiv sind, aber nur einen geringen, Einfluss auf die Fragestellung des Standortes haben, sind zum Beispiel die Mentalität der Menschen und die damit einhergehende Arbeitsmotivation. Des Weiteren die Werbewirksamkeit, wie zum Beispiel das hohe Ansehen des Labels „Made in Germany“, das für eine extrem gute Qualität steht oder die Verfügbarkeit von Freizeitaktivitäten und der Wohnraum im Umkreis der Produktionsstätte.
4.1.2 Genauere Standortbetrachtung innerhalb Deutschlands
Essigsäureethylester wird für die Herstellung von Klebstoffen und im Beauty and Care Sektor, z.B. für Nagellackentferner, benötigt. Deutschland ist auf dem Weltmarkt der Klebstoffe führend.15 Somit befinden sich viele potentielle Abnehmer in Deutschland. Ein steigendes Wachstum steht ebenfalls in Korrelation mit steigendem Bedarf an Edukten für die Herstellung. Der größte Hersteller von Klebstoffen weltweit ist Henkel AG.16 Die Henkel Gruppe hat ihren Hauptstandort und auch die Produktion in Düsseldorf. Somit wäre eine Ansiedlung in Düsseldorf, bezogen auf den Abnehmer, vorteilhaft insofern Bedarf nach diesem Edukt besteht und die Henkel AG dieses extern einkaufen muss und nicht selbst produziert. Des Weiteren verfügt Düsseldorf über Schifffahrtswege über den Rhein und ein gut ausgebautes Fernverkehrs- und Zugnetz. Nachteile und Schwierigkeiten für eine dortige Ansiedlung sind hohe Grundstückspreise (Bodenrichtwert von 279€/m²17 ) und der Mangel an Grundstücken, auf denen eine entsprechende Anlage neu errichtet werden könnte. Zum Vergleich: In Bochum beträgt der Bodenrichtwert für ein Industriegebiet mit Anbindung an den Fernverkehr und ggf. an ein Zugnetz ungefähr 65 €/m². Ein anderer möglicher Abnehmer ist Bostik, ein weiterer großer Klebstoffhersteller Deutschlands. Die Firma ist in Borgholzhausen angesiedelt, wo sehr geringe Bodenrichtwerte (ca. 45€/m²) gelten. Dort ist allerdings die Infrastruktur nicht so gut ausgebaut wie beispielsweise in Düsseldorf. Es wäre eine Ansiedlung direkt am Firmengelände notwendig, um die bestehende Infrastruktur der Firma mit nutzen zu können. Dadurch könnte der, im Vergleich zu Düsseldorf, große logistische Aufwand verkleinert werden. Durch eine Bilanzierung müsste entschieden werden welcher Standort mit geringeren Kosten verbunden ist und ob entsprechende Mengen des Produktes abgenommen werden würden. Die höhere Facharbeiterdichte und das bessere Nahverkehrsnetz würde es in Düsseldorf geben, da es im Rhein-Ruhrgebiet eine hohe Bevölkerungszahl und eine hohe Dichte an anderen Chemieunternehmen und Universitäten gibt. Dadurch ist es wahrscheinlicher in diesem Gebiet qualifiziertes Fachpersonal für die Produktion, den Vertrieb und das Marketing zu erhalten. Bei einem entsprechenden Grundstücksangebot wäre eine Ansiedlung in Düsseldorf in der Nähe von Henkel eine effiziente und gute Lösung. Zur genaueren Differenzierung eines Standortes sollte ein tabellarischer Vergleich stattfinden, in dem zum Beispiel die Punkte Wasserversorgung, Arbeitskräfte, Energie, Grundstück und Infrastruktur in einem Punktesystem bewertet werden. So können mehrere Standorte miteinander verglichen werden. Die verschiedenen Standortfaktoren sollten noch entsprechend gewichtet werden. Daraus ergeben sich die Gesamtpunktzahlen, die eine Reihenfolge für den Wahl des Standortes festlegen würden. Aufgrund mangelnder Daten wird hier auf solch eine Beurteilung verzichtet.
4.1.3 Standortvergleich auf europäischer Ebene
Wie bereits in Kapitel4.1.1beschrieben müssen bei der Standortfindung gesetzliche Anforderungen berücksichtig werden. Diese sind im europäischen Ausland oft auf einem gleichwertigen oder geringeren Niveau als in Deutschland, was zu einem günstigeren Betrieb der Anlage führen kann. Des Weiteren hat Deutschland im verarbeitenden Gewerbe bzw. der Herstellung von Waren durchschnittliche Personalkosten von ungefähr 57.000€ jährlich. Der europäische Durchschnitt (27 EU-Länder ab 2020) liegt bei 41.000€. Somit ist Deutschland eher kostenintensiv, um das benötigte Personal bezahlen zu können. In Griechenland liegen die Kosten zum Beispiel bei nur 23.100€. Bei den Zahlen sind es nur jeweilige Durchschnittkosten und keine direkten Kosten für die Chemiebranche. Die Gehälter variieren zusätzlich mit der entsprechenden Qualifizierung (z.B. Ausbildung oder Universitätsabschluss). Jedoch lässt sich über die durchschnittlichen Personalkosten erkennen, in welchen Ländern es aus personeller Sicht günstiger oder teurer ist zu produzieren, als in Deutschland.18 Nachteil an einem Land wie Griechenland ist zum Beispiel die Herausforderung Finanzierungsarten zu beschaffen oder Förderungen zu bekommen, da dort die Erfolgsquote im europäischen Vergleich sehr niedrig ist.19 Somit würde sich ohne bereits vorhandene Liquidität oder hohes Eigenkapital das Problem der Finanzierung für die Erbauung einer Produktionsanalage ergeben.
4.1.4 Zusammenfassung
Aus der vorhergehenden Analyse konnte ermittelt werden, dass Deutschland als Wirtschaftsstandort für ein Chemieunternehmen gut geeignet ist. Faktoren wie politische Stabilität, Bildungsniveau, Verfügbarkeit von Ressourcen, internationaler Stellenwert und die hohe Forschungs- und Innovationsrate können als erfüllt beziehungsweise positiv bewertet werden. Nachteile gegenüber anderen Ländern sind die hohen gesetzlichen Anforderungen in Bezug auf Umweltrichtlinien, Arbeitnehmerschutz und Gründung solcher Chemieanlagen. Solche Auflagen sind mit hohen Kosten verbunden, bringen allerdings im internationalen Wettbewerb auch Ansehen (z.B. Umweltschutz) und je nach Firmenpolitik eine gutes Arbeitsklima. Somit würde eine Produktion in Deutschland kostenintensiv und mit starker Konkurrenz verbunden sein, aber gleichzeitig den Vorteil des Potenzials zur Weiterentwicklung, durch Förderungen oder Zusammenschlüsse bzw. Forschungsgemeinschaften mit anderen Unternehmen innerhalb Deutschlands haben. Bei steigenden Produktabsatzzahlen ist die Gründung von Außenstandorten erstrebenswert, um gegebenenfalls die Produktionskosten, aufgrund der unterschiedlichen Lohnniveaus innerhalb Europas, gering zu halten. Eine Einsparung im Bereich der Sicherheitsstandards sollte keine angestrebte Maßnahme sein.
5 Behördliche und rechtliche Aspekte
5.1 Wasserhaushaltsgesetz WHG
Das Wasserhaushaltgesetz (WHG) regelt den Umgang einer nachhaltigen Gewässerbewirtschaftung. Dabei sollen Gewässer als Bestandteil des Naturinhalts, als Lebensgrundlage und Lebensraum für Mensch und Tier, sowie Pflanzen als nutzbares Gut geschützt werden.20 Aufgrund dessen ist schon bei der Planung einer Anlage mit Einsatz von wassergefährdenden Stoffen auf die Umsetzung technischer Maßnahmen zu achten, die das Austreten von wassergefährdeten Stoffen unterbindet. Dabei richten sich die Einrichtungen der erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen einer Anlage nach den Wassergefährdungsklassen (WGK) der eingesetzten Stoffe.
Stoffe können in drei Wassergefährdungsklassen eingeteilt werden (sieheTabelle 2).
Tabelle2: Wassergefährdungsklassen und ihre Bedeutung21
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
5.2 Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdeten Stoffen - AwSV
Zusätzlich zu dem WHG gibt es in Deutschland eine Verordnung zum Umgang in einer Anlage mit wassergefährdeten Stoffen. Diese Verordnung regelt den Schutz der Gewässer vor nachhaltigen Veränderungen ihrer Eigenschaften durch die Freisetzung von wassergefährdeten Stoffen aus Anlagen.22
5.3 Produktsicherheitsgesetz (ProdSG)
Das Produktsicherheitsgesetz (ProdSG) und den Produktsicherheitsverordnungen (ProdSV) werden insgesamt 11 europäische Binnenmarktrichtlinien und die Richtlinie über die allgemeine Produktsicherheit 2001/95/EG in das deutsche Recht umgewandelt.23
5.4 Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG)
In Deutschland ist unter anderem das Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) zu beachten. Dabei gelten die Vorschriften des BImSchG für:24
- Die Errichtung und den Betrieb von Anlagen
- Das Herstellen, Inverkehrbringen und Einführen von Anlagen, Brennstoffen und Treibstoffen, Stoffen und Erzeugnissen aus Stoffen nach Maßgabe der §§ 32 bis 37
- die Beschaffenheit, die Ausrüstung, den betrieb und die Prüfung von Kraftfahrzeugen und ihren Anhängern und von Schienen-, Luft- und Wasserfahrzeugen sowie von Schwimmkörpern und schwimmenden Anlagen nach Maßgabe der §§ 38 bis 40 und
- den Bau öffentlicher Straßen sowie von Eisenbahnen, Magnetschwebebahnen und Straßenbahnen nach Maßgabe der §§ 41 bis 43
Das BImSchG ist ein Gesetz, welches den Umgang mit schädlichen Umwelteinwirkungen durch Geräusche, Luftverunreinigungen, Erschütterungen und ähnlichen Vorgängen, regelt. Ziel dieses Gesetzes ist es den Menschen, die Tiere und Pflanzen, sowie das Wasser und den Boden, die Atmosphäre und Kultur- und sonstige Sachgüter vor schädlichen Umwelteinwirkungen zu bewahren.
Dem Gesetz mitgeltend sind weitere Richtlinien und Verordnungen wie z.B. die 4. Verordnung der Bundes-Immissionsschutzverordnung (BlmSchV) für genehmigungsbedürftige Anlagen und die EU Richtlinie 2010/75/EU bzgl. Industrieemissionen.
5.5 Immissionsschutzrechtliches Genehmigungsverfahren
Das Land Nordrhein-Westfalen genehmigt auf Grundlage des Bundes-Immissionsschutzgesetzes die Errichtung und den Betrieb von großen Chemieanlagen (§§ 4 und 16 BImSchG). Dabei ist zu unterscheiden welche Anlagen einer immissionsschutzrechtlichen Genehmigung bedürfen. Dieses ist in § 4 I des BImSchG in Verbindung mit der Vierten Verordnung zum Bundes-Immissionsschutzgesetz geregelt.25 Abbildung 2ist ein beispielhaftes Ablaufschema eines Genehmigungsverfahren zu entnehmen.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung2: Ablaufschema eines Genehmigungsverfahren26
Die immissionsschutzrechtlichen Vorschriften verlangen für bestimmte, besonders umweltrelevante Anlagen ein sogenanntes Genehmigungsverfahren, welches mit einer öffentlichen Bekanntmachung des Vorhabens, sowie der Auslegung der entsprechenden Antragsunterlagen verknüpft ist. Mithilfe dieses Verfahrens besteht die Möglichkeit für betroffene Anwohnerinnen und Anwohner und Umweltverbände sich aktiv in das Genehmigungsverfahren einzubringen und ggf. Bedenken gegenüber dem Verfahren zu äußern. Im Land Nordrhein-Westfalen werden die immissionsschutzrechtlichen Genehmigungsverfahren an zentraler Stelle im Internet veröffentlicht. Diese Auflistung enthält Genehmigungsverfahren, die zu dem Zeitpunkt bearbeitet werden und diese des letzten halben Jahres.27 Die Neugenehmigung mit einer Öffentlichkeitsbeteiligung ist innerhalb von sieben Monaten zu erteilen. Eine Änderungsgenehmigung, welche eine Öffentlichkeitsbeteiligung beinhaltet ist innerhalb von sechs Monaten zu erteilen. Eine Genehmigung ohne Öffentlichkeitsbeteiligung ist innerhalb von drei Monaten zu erteilen.28
Neben der Neugenehmigung von Anlagen ist laut § 15 BImSchG ebenfalls eine Änderung der Lage, der Beschaffenheit oder des Betriebes einer genehmigungsbedürftigten Anlage, sofern die Genehmigung nicht beantragt wird, der dafür zuständigen Behörde zu melden. Dabei soll die Rückmeldung mindestens einen Monat, bevor mit der Abänderung begonnen werden soll, schriftlich oder elektronisch erfolgen.29 Abbildung 3ist ein Ablaufschema einer Änderungsgenehmigung zu entnehmen.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung3: Ablaufschema einer Änderungsgenehmigung30
Dem Anhang sind exemplarisch drei Formulare für die Genehmigung des Baus einer Neuanlage zu entnehmen.31
5.6 Sicherheit von Anlagen
Für einen sicheren Betrieb einer Chemieanlage und das sichere Arbeiten innerhalb der Anlage werden Verordnungen, Richtlinien und technische Regeln gesetzlich geregelt.Abbildung 4zeigt eine Übersicht der Gesetze, Verordnungen und technischen Regeln zum Thema Sicherheit von Chemieanlagen.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung4: Übersicht der Gesetze, technische Regeln und Verordnungen zur Sicherheit von Chemieanlagen32
Dabei ist die sogenannte Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV, siehe5.6.1.1), die „Verordnung über Sicherheit und Gesundheitsschutz bei der Bereitstellung von Arbeitsmitteln und deren Benutzung bei der Arbeit, über Sicherheit beim Betrieb überwachungsbedürftigter Anlagen und über die Organisation des betrieblichen Arbeitsschutzes“. Unter dem Begriff „Arbeitsmittel“ werden Werkzeuge, Maschinen, Geräte, sowie Apparate und die daraus bestehenden Anlagen, verstanden. Die Betriebssicherheitsverordnung fasst die bislang schon geltenden Gesetze, wie z.B. das Geräte- und Produktsicherheitsgesetz (GPSG), das Arbeitsschutzgesetz (ArbSchG, siehe6.2.1) usw. zu einer Gesamt-Betriebssicherheitsverordnung zusammen.
Darauf aufbauend gelten für die verschiedenen Arbeitsmittel „Technische Regeln“. Beispiele hierfür sind:
- Technischen Regeln für Behälter (TRB)
- Technischen Regeln für Rohrleitungsanlagen (TRR)
- Technischen Regeln für brennbare Flüssigkeiten (TRbF)
- Technische Regeln für explosionsgefährdete Anlagen und Betriebsmittel gemäß EU-Richtlinie 94/9/EG (ATEX 95a)
Der Betreiber von einer Chemieanlage besitzt die Pflicht alle Gesetze, Verordnungen und Technischen Regeln zu einem Gesamt-Sicherheitskonzept seiner Chemieanlage zusammenzufassen. Dabei setzen die Mitarbeiter dieses Sicherheitskonzept mithilfe von Arbeits- und Betriebsanweisungen in ihrer täglichen Arbeit um.
Betriebsanweisungen werden in Kapitel10thematisiert.
5.6.1.1 Betriebssicherheitsverordnung - BetrSichV
Für die Realisierung des Sicherheitskonzeptes einer Chemieanlage hat der Betreiber gemäß der Betriebssicherheitsverordnung eine Vielzahl von Anforderungen und Aufgaben zu erfüllen.
Beispiele für die Aufgaben und Anforderungen sind:
- Der Betreiber ist dazu verpflichtet, die von der Chemieanlage ausgehenden Gefährdungen zu beurteilen und geeignete Maßnahmen zu entwickeln. Dies soll bei bestimmungsgemäßem Gebrauch die Anlagensicherheit gewährleisten
- Eine weitere Aufgabe eines Betreibers einer Chemieanlage ist es explosionsgefährdete Bereiche der Anlage in Zonen zu unterteilen. In den verschiedenen Zonen gelten unterschiedlich abgestufte Sicherheitsvorkehrungen. Mithilfe eines Explosionsschutzdokumentes müssen Gefährdungen ermittelt werden und Gegenmaßnahmen bzw. Vorkehrungen getroffen werden. Nähere Informationen zum Ex-Schutz werden in Kapitel8erläutert.
- Des Weiteren ist der Betreiber der Chemieanlage verpflichtet seine Mitarbeiter sicherheitstechnisch zu unterweisen
Überwachungsbedürftige Anlagen (ÜA-Anlagen) besitzen besondere Vorschriften. Zu einer ÜA-Anlage zählen:
- Dampfkesselanlagen
- Füllanlagen
- Aufzugsanlagen
- Druckbehälteranlagen
- Lageranlagen
- Explosionsgefährdete Anlagen
- Rohrleitungsanlagen
- Füll- und Entleerstellen
- Betankungsanlagen
Diese Anlagen haben die Pflicht nach dem Stand der Technik betrieben, installiert und montiert zu werden. Einige Anlagen benötigen eine bestimmte Erlaubnis der entsprechenden Behörde. Des Weiteren besteht die Pflicht vor Inbetriebnahme mithilfe einer zugelassenen Überwachungsstelle (z.B. Technischer Überwachungsverein, TÜV) geprüft und freigegeben zu werden. Darüber hinaus müssen diese Prüfungen in regelmäßigen Zeitabständen wiederholt werden.
Zusätzlich müssen Unfälle und Störungen, die zu einem Schadensfall geführt haben, der zuständigen Behörde angezeigt werden.33
6 Arbeitsschutz
Die Grundlage für ein intaktes Beschäftigungssystem ist die Etablierung und der Erhalt sicherer und menschengerechter Arbeitsbedingungen. Dafür ist ein wirksamer Arbeitsschutz und eine erfolgreiche Unfallvermeidung Voraussetzung. Aufgrund des digitalen Wandels entstehen neue Herausforderungen in einer schnelleren und anspruchsvolleren Arbeitswelt.34 Aufgrund dessen ist eine Regelung des Arbeitsschutzes unerlässlich.
Der Arbeitsschutz wird in Deutschland in einem dualen System geregelt.Abbildung 5zeigt die Pyramide des deutschen Arbeitsschutzrechtes. In Deutschland werden Gesetze erlassen, die mithilfe von Verordnungen konkretisiert werden. Diese staatlichen Verordnungen werden darüber hinaus durch Technische Regeln weiter spezifiziert. Dabei werden die staatlichen Vorschriften- und Regelwerke stark durch die Richtlinien und Verordnungen der Europäischen Union bestimmt.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung5 Pyramide des deutschen Arbeitsschutzrechtes35
Darüber hinaus ist neben dem staatlichen Arbeitsschutzrecht, das autonome Recht der Unfallversicherungsträger (gewerbliche und landwirtschaftliche Berufsgenossenschaften, sowie Unfallkassen der öffentlichen Hand), zu beachten. Die DGUV Vorschriften werden durch die Unfallversicherungsträger erlassen und deren Einhaltung durch Aufsichtsdiensten überprüft. Die DGUV Regeln beinhalten des Weiteren Grundsätze zur Unterstützung der Unternehmen und Versicherten bei der Wahrnehmung ihrer Pflichten im Bereich Gesundheitsschutz und Sicherheit.
Die Veröffentlichungen des Länderausschusses für Arbeitsschutz und Sicherheitstechnik (LASI), und die DGUV Informationen enthalten weitere Informationen Handlungshilfen und Hinweise. Auf gleicher Hierarchieebene verfassen Vereinigungen wie der Verein Deutscher Ingenieure (VDI) oder das Deutsche Institut für Normung (DIN) Richtlinien und Normen.
Richtlinien, Grundsätze, Normen und Regeln sind nicht rechtsverbindlich. Der Unternehmer kann von ihnen abweichen, sofern die Gesundheit und Sicherheit der Beschäftigten auf alternativen Wegen gewährleistet werden kann.36
6.1 Europäisches Arbeitsschutzrecht
Innerhalb der Charta (Staats- und Völkerrecht grundlegenden Urkunden) der Grundrechte der Europäischen Union ist in Artikel 31 festgelegt, dass jeder Arbeitnehmer und jede Arbeitnehmerin ein Recht auf sichere, würdige und gesunde Arbeitsbedingungen hat. Darüber hinaus ist dieses Recht in Artikel 151 des Vertrages über die Arbeitsweise der Europäischen Union (AEU-Vertrag) festgeschrieben.
In Artikel 153 des AEU-Vertrages ist verankert, dass das Europäische Parlament und der Rat zur Verbesserung der Arbeitsbedingungen Richtlinien anordnen können. Es ist jedoch darauf zu achten, dass vorhandene technische Regelungen und Bedingungen einzuhalten. Dabei sind die Richtlinien als Mindestvorschriften zu betrachten. Diese Mindestvorschriften dürfen von den Mitgliedsstaaten nicht unterschritten werden, können aber darüber hinausgehen. Eine weitere fundamentale Richtlinie ist für das europäische Arbeitsschutzrecht die Richtlinie 89/391/EWG. Es ist eine Rahmenrichtlinie, die ebenfalls den Gesundheitsschutz und die Sicherheit bei der Arbeit, gewährleisten soll. Ihr zuzurechnen sind Einzelrichtlinien, die Mindestvorschriften für die Bereiche Persönliche Schutzausrüstungen (PSA), Arbeitsmittel und Arbeitsstätten einschließen.37
6.2 Deutsches Arbeitsschutzrecht
Der deutsche Arbeitsschutz beruht auf dem Grundgesetz. Im Grundgesetz von Deutschland ist das Grundrecht auf Leben und körperliche Unversehrtheit festgeschrieben. Die Anforderungen des Arbeitsschutzes beruhen auf dem Grundgesetz. Die Gesetzgebung wird dabei durch die Richtlinien und Verordnungen der Europäischen Union beeinflusst.
Das grundlegende Gesetz für die Pflichten des Arbeitgebers und die Rechte des Beschäftigten bzgl. des Arbeitsschutzes sind im Gesetz über die Durchführung von Maßnahmen des Arbeitsschutzes zur Verbesserung der Sicherheit und des Gesundheitsschutzes der Beschäftigten bei der Arbeit (Arbeitsschutzgesetz, ArbSchG), geregelt. Das ArbSchG überträgt die Anforderungen der europäischen Arbeitsschutzrahmen-Richtlinie (Richtlinie 89/391/EWG) in deutsches Recht.
Weitere Gesetze des deutschen Arbeitsschutzrechtes sind das Arbeitssicherheitsgesetz (ASiG) und das Chemikaliengesetz. Diese Gesetze schaffen erforderliche Voraussetzungen für den Vollzug von EU-Verordnungen in Deutschland. Die EU-Verordnungen dürfen dabei nicht in deutsche Gesetze überführt werden.38
6.2.1 Arbeitsschutzgesetz - ArbSchG
Für den betrieblichen Arbeitsschutz ist das wichtigste Grundlagengesetz das Arbeitsschutzgesetz (ArbSchG). Es dient dazu, die Sicherheit und den Gesundheitsschutz der Beschäftigten bei der Arbeit, mithilfe von Maßnahmen des Arbeitsschutzes zu sichern und zu verbessern. Dabei gilt es in allen Tätigkeitsbereichen.39 Dieses Gesetz verpflichtet den Arbeitgeber Gesundheitsgefährdungen am Arbeitsplatz zu beurteilen und über erforderliche Schutzmaßnahmen zu entscheiden. Der Arbeitgeber hat die Pflicht für eine funktionierende innerbetriebliche Arbeitsschutzorganisation zu sorgen. Durch die Einbindung des Gesundheits- und Arbeitsschutzes in die Abläufe und Strukturen des Unternehmens
kann eine besonders wirksame und nachhaltige Einbindung erzielt werden. Bei der Umsetzung der Arbeitsschutzmaßnahmen, die innerhalb des Arbeitsschutzgesetzes festgeschrieben sind, haben Unternehmen Gestaltungsspielräume, um die unterschiedlichen Gegebenheiten eines jeden Betriebes gerecht zu werden. Die zentrale Säule des Arbeitsschutzes ist die Pflicht der Arbeitsgebers eine Gefährdungsbeurteilung durchzuführen. Die Gefährdungsbeurteilung wird in Kapitel9näher erläutert.4041
6.2.2 Arbeitssicherheitsgesetz - ASiG
Ein weiteres Grundlagengesetz im Arbeitsschutz ist neben dem Arbeitsschutzgesetz das Gesetz über Betriebsärzte, Sicherheitsingenieure und andere Fachkräfte für Arbeitssicherheit. Dieses Gesetz verpflichtet den Arbeitgeber, Betriebsärzte und Fachkräfte für Arbeitssicherheit einzustellen. Die Aufgabe dieser Personen besteht darin den Arbeitgeber im Thema Arbeits- und Gesundheitsschutz, sowie bei der Unfallverhütung zu beraten und zu unterstützen. Dabei sind Fachkräfte für Arbeitssicherheit und Betriebsärzte zur Zusammenarbeit verpflichtet.
Die allgemeinen Vorschriften des Arbeitssicherheitsgesetzes werden auf Grundlage der Unfallverhütungsvorschrift DGUV – Vorschrift 2 „Betriebsärzte und Fachkräfte für Arbeitssicherheit“, die Träger der gesetzlichen Unfallversicherung sind, konkretisiert. Es wird zwischen dem Unternehmermodell und der sogenannten Regelbetreuung unterschieden. Die Regelbetreuung besteht aus den Elementen anlassbezogener/ betriebsspezifischer Betreuung und Grundbetreuung. Dabei ist bei der Grundbetreuung der Umfang der Inanspruchnahme von Fachkräften für Arbeitssicherheit und Betriebsärzten abhängig von Gefährdungspotenzial und Betriebsgröße durch bestimmte Einsatzzeiten festgelegt.
Des Weiteren muss der Unternehmer selbstständig den anlassbezogenen/betriebsspezifischen Betreuungsumfang ermitteln. Eine Alternative für Kleinbetriebe bis 50 Beschäftigte stellt die Regelbetreuung, das sogenannte Unternehmermodell, dar. In diesem Modell übernimmt der Arbeitgeber, die von Fachkräften für Arbeitssicherheit und Betriebsärzten, zu erfüllenden Aufgaben. Die Voraussetzung für den Arbeitgeber ist hierbei das Absolvieren einer allgemeine und branchenbezogene Motivations- und Informationsangebotes der Unfallversicherungsträger. Vereinzelte Unfallversicherungsträger bieten für Unternehmen bis zehn Beschäftigten ein Kompetenzzentrum an, das den Unternehmer bzgl. Fragen zum Thema Sicherheit und Gesundheitsschutz unterstützt.
[...]
1 (Pubchem, 2020), (25.03.2020), Internetquelle
2 (European Patent Register, 2020), (25.03.2020), Internetquelle
3 (European Patent Register, 2020), (25.03.2020), Internetquelle
4 (European Patent Office, 2020), (25.03.2020), Internetquelle
5 (European Patent Office, 2020), (25.03.2020), Internetquelle
6 (Bierwerth, 2011), (22.05.2020), S.149
7 (Bierwerth, 2011), (23.05.2020), S.149
8 (Chemietechnik, 2011), (23.05.2020) S.131
9 (Bierwerth, 2011), (23.05.2020), S.149
10 (VCI, 2020), (28.03.2020), Internetquelle
11 (Weilage, 2018), (28.03.2020), S. 22
12 (Weilage, 2018), (28.03.2020), S. 44
13 (VCI, 2020), (28.03.2020), Internetquelle
14 (Umweltbundesamt, 2020), (29.03.2020), Internetquelle
15 (Industrieverband für Klebstoffe, 2015), (29.03.2020), Internetquelle
16 (Wiley Online Libary, 2020), (29.03.2020), Internetquelle
17 (Boris, 2020), (29.03.2020), Internetquelle
18 (EC.Europa, 2020), (29.03.2020) Daten von 2017, Internetquelle
19 (Eurostat, 2020), (29.03.2020), Internetquelle
20 (Gesetze-im Internet, 2020), (12.05.2020), Internetquelle
21 (VCI, 2020), (12.05.2020), Internetquelle
22 (Gesetze im Internet, 2020), (12.05.2020), Internetquelle
23 (Bmas, 2020)(12.05.2020), Internetquelle
24 (Gesetze im Internet, 2020), (03.05.2020), Internetquelle
25 (Jura-Fragen, 2020), (13.05.2020), Internetquelle
26 (Krefeld, 2020), (12.05.2020), Internetquelle
27 (Umweltportal.NRW, 2020), (13.05.2020), Internetquelle
28 (Umwelt.NRW, 2020), (13.05.2020), Internetquelle
29 (Gesetze im Internet, 2020), (13.05.2020), Internetquelle
30 (Krefeld, 2020), (12.05.2020), Internetquelle
31 (Ignatowitz, 2011), (09.05.2020), S.129
32 (Ignatowitz, 2011), (09.05.2020), S.129
33 (Ignatowitz, 2011), (09.05.2020), S. 129
34 (Bmas, 2020), (09.05.2020), Internetquelle
35 (DGUV, 2020), (09.05.2020), Internetquelle
36 (DGUV, 2020), (09.05.2020), Internetquelle
37 (DGUV, 2020), (09.05.2020), Internetquelle
38 (DGUV, 2020), (09.05.2020), Internetquelle
39 (DGUV, 2020), (09.05.2020), Internetquelle
40 (Bmas, 2020), (09.05.2020), Internetquelle
41 (Gesetze im Internet, 2020), (09.05.2020), Internetquelle
- Quote paper
- Arne Von Berswordt (Author), 2019, Esterverbindungen. Herstellung von Essigsäureethylester und Essigsäurebutylester, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/1271794
